Equipaggiamento elettrico e automazione degli impianti di elettrolisi

Tutti gli elettrodi nei bagni di elettrolisi sono solitamente collegati in parallelo, in modo che la corrente dell'elettrolizzatore sia costituita dalla somma delle correnti delle singole coppie di elettrodi: al contrario, la tensione nel bagno è uguale alla tensione nelle coppie di elettrodi . I bagni di elettrolisi, a loro volta, sono collegati in serie, in modo che la tensione totale dell'impianto raggiunga le centinaia di volt. Un'eccezione sono le installazioni di decomposizione dell'acqua realizzate secondo il principio di una filtropressa, in cui tutti gli elettrodi sono collegati in serie.

A causa del fatto che le correnti negli impianti elettrolizzati e le dimensioni degli impianti sono elevate, il sistema di conduttori di corrente è piuttosto ramificato, con un numero elevato di contatti.

Nella fig. 1 mostra uno schema di sbarre per un bagno di elettrolisi in alluminio. Come puoi vedere è molto complesso, fornendo alimentazione bidirezionale attraverso potenti bus pack e l'uso di compensatori di dilatazione termica flessibili.Inoltre, nel caso in cui sia necessario scollegare i bagni durante le riparazioni, sono previsti ponticelli che collegano i pacchi catodici di due bagni adiacenti, rimuovendone uno.

Riso. 1. Barra collettrice per un bagno di elettrolisi in alluminio con un anodo continuo e alimentazione di corrente laterale: 1 - colonna montante dell'anodo, 2 - barra collettrice dell'anodo, 3 - barra collettrice di compensazione, 4 - barre collettrici dell'anodo flessibile, 5 - contatto della barra collettrice del perno, 6 - asta della barra collettrice del catodo , 7 - bus catodo flessibile, 8 - pacchetto bus catodo.

L'alluminio e il rame sono usati come materiale per le rotaie, meno spesso il ferro. Densità di corrente economica a elettrolisi è 0,3 — 0,4 per sbarre in alluminio, 1,0 — 1,3 per sbarre in rame, 0,15 — 0,2 A / mm2 per sbarre in acciaio e ghisa.

La sezione trasversale dei pneumatici viene controllata per la perdita di tensione (non più del 3%), per il riscaldamento (temperatura massima 70 ° C a una temperatura ambiente di 25 ° C) e per la resistenza meccanica. Le connessioni di contatto fisse sono realizzate a pressione (i pneumatici sono compressi tra due piastre di acciaio fuso, serrate con bulloni) o saldate. I contatti a spina sono avvitati. I morsetti a cuneo o eccentrici sono più affidabili e convenienti.

A causa della loro maggiore potenza, gli impianti di elettrolisi sono generalmente alimentati da una rete ad alta tensione e vengono utilizzati speciali trasformatori step-down per adattare la tensione di alimentazione alla tensione degli impianti fornendo unità di conversione per convertire la corrente alternata trifase in corrente continua .

I raddrizzatori a semiconduttore con regolazione uniforme della tensione vengono utilizzati per alimentare impianti di elettrolisi ad alta potenza, poiché la loro efficienza è elevata (98 — 99%), sono più affidabili e durevoli, di facile manutenzione, sempre pronti per il funzionamento, silenziosi e privi di emissioni tossiche.

Quando si creano potenti impianti di elettrolisi, è necessario includere valvole a semiconduttore in parallelo, e talvolta in serie, il che causa difficoltà a causa di una certa dispersione delle loro caratteristiche. Per equalizzare la distribuzione della corrente tra le valvole in parallelo e la tensione in serie, vengono utilizzate speciali soluzioni circuitali.

Poiché le valvole a semiconduttore non sono in grado di sopportare significativi sovraccarichi di corrente e tensione, vengono utilizzati speciali dispositivi di protezione che cortocircuitano le valvole in caso di guasto e le spengono quando si verifica un pericoloso aumento della tensione o della corrente di esercizio.

La regolazione della tensione raddrizzata negli impianti con diodi a semiconduttore è possibile solo sul lato AC. Per questo, viene utilizzata la commutazione dei gradini di tensione del trasformatore step-down principale o uno speciale trasformatore di controllo con un interruttore a gradini remoto. Un reattore di saturazione è incluso in ciascun braccio del ponte raddrizzatore per una regolazione uniforme della tensione.

La disposizione delle valvole viene solitamente eseguita in armadi prodotti per correnti di 13.000 e 25.000 A e per tensioni rettificate di 300 - 465 V. Le sottostazioni di trasformazione che alimentano gli impianti di elettrolisi sono completate dagli armadi. Il raffreddamento degli armadi raddrizzatori può essere ad aria o ad acqua.

La regolazione automatica delle unità di conversione può essere effettuata in tre modi: per tensione costante, per potenza costante, per corrente costante.

La regolazione della tensione CC fornisce anche corrente costante per processi in cui non sono presenti effetti anodici. Per gli impianti di elettrolisi dell'alluminio, tale sistema non è soddisfacente, perché con la comparsa di effetti anodici diminuisce la corrente in una serie di bagni e diminuisce la produttività dei bagni, soprattutto con effetti anodici simultanei in più bagni. In questo caso, non solo la produttività di una serie di bagni può diminuire del 20-30%, ma viene disturbata anche la modalità termica di funzionamento dei bagni di elettrolisi.

Nella regolazione di potenza costante, quest'ultima è mantenuta da un regolatore di costante; nel caso precedente la corrente serie scende ma meno che nel caso precedente man mano che il regolatore aumenta la tensione. Con questo regolamento non ci sono cambiamenti nel consumo di energia, che è auspicabile per il sistema di alimentazione, ma richiede un margine di tensione nella sottostazione di conversione.

La regolazione DC è la migliore in termini di soddisfare i requisiti di processo. Tuttavia, con tale regolazione, in caso di caduta di tensione nella rete di alimentazione o comparsa di un effetto anodico, il regolatore aumenta la tensione di alimentazione e aumenta il consumo di energia. Pertanto, questo sistema di controllo richiede riserve sia di tensione che di potenza nella sottostazione di conversione (tipicamente entro il 7-10%).

Recentemente è iniziato il lavoro sull'utilizzo di sorgenti di corrente parametrica per l'alimentazione di impianti di elettrolisi, in cui si verifica un effetto anodico, che stabilizza automaticamente la corrente alternata indipendentemente dalle variazioni della sua resistenza.

Solitamente i bagni di elettrolisi sono installati lungo l'asse del corpo dell'edificio su due o quattro file e la sottostazione elettrica è collegata al corpo del bagno tramite condotti sbarre in condotti sbarre o rampe. All'interno dell'alloggiamento, le sbarre si trovano nei canali delle sbarre su entrambi i lati delle celle.

Schema del movimento degli ioni durante l'elettrolisi del rame Elettrolita: la soluzione di solfato di rame viene versata in un recipiente e vi vengono abbassate due lastre di rame (elettrodi). I processi che si verificano durante l'elettrolisi sono discussi negli articoli Cos'è l'elettrolisi E Elettrolisi - esempi di calcolo.